Trabajo Final Marco Teorico

FACULTAD DE INGENIERIA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
“TRABAJO FINAL: PROYECTO HIDRODINAMICO Y DISEÑO DE

CANAL CON ESTRUCTURAS HIDRAULICAS EN LAS CERCANIAS
DE EL RIO PATIVILCA”
HIDRAULICA DE CANALES - CS75
 Docente: Mitchel Jara García
 Grupo:
 Ciclo: 2023-02
INTEGRANTES:
 López Silva, Valeria Liseth U201623866





Lima de diciembre 2023
1
ÍNDICE
1. INTRODUCCION……………………………………………………………………………
2. OBJETIVOS…………………………………………………………………………….
2.1. OBJETIVO GENERAL……………………………………….……………….

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS………………….……………………………….
3. MARCO TEORICO……………………………………………… ………………………
3.1. ELEMENTOS DE UN CANAL……………………………….………………

3.2. TIPOS DE FLUJOS ……………………………………………………………
3.2.1. FLUJO UNIFORME Y VARIADO………………………………….

3.2.2. FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE………………….
3.2.3. FLUJO CRITICO, SUBCRITICO Y SUPERCRITICO…………….
3.3. ESTRUCTURAS HIDRAULICAS
3.3.1. CAIDAS………………………………………………………………
3.3.2. RAPIDAS………………………………………..…………………….
3.3.3. COMPUERTA………………………………..……………………….
3.3.4. VERTEDERO…………………………………..…………………….
4. DESCRIPCION DEL PROYECTO………………………………………..……………….
4.1. UBICACIÓN Y DATOS DEL PROYECTO…………………….…………………

4.2. TRAZOS Y PERFILES PRELIMINARES………………………..……………….
5. RESULTADOS…………………………………………………………….……………….
5.1. MODELACION HIDRODINAMICA (MODELO HEC- RAS 2D) ………….
5.2. DISEÑO DE CANAL DE CONDUCCION Y ESTRUCTURAS
(HEC-RAS 1D) ………………………………………………………………….
5.3. MODELAR UN VERTEDERO (MODELO OPENFOAM) ………………….
6. ANALISIS Y DISCUSIONES………………………………………………………..…….
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………….………..……….
8. ANEXOS: PLANOS Y HOJAS DE CALCULO…………………………..……………….
9. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………….
2
1. INTRODUCCION:
El presente trabajo se centra en el diseño y modelamiento de un canal hidráulico en la
cercanía del Rio Pativilca en Ancash, Perú se presentará el diseño de un canal de perfil
variado en la que se deberán incluir estructuras hidráulicas con los cálculos previos que
influyeron en las características del canal. Utilizando el software HEC-RAS se pudo
observar la posible problemática que provocan un posible inundamiento a causa del
incremento de agua del Rio Pativilca. A partir de ello, establecemos soluciones y
modelamos estructuras hidráulicas a lo largo de todo el canal para salvaguardar la
integridad de los pobladores de la localidad de estudio.
1. OBJETIVOS:
2.1 OBJETIVO GENERAL
- Aplicar los conocimientos aprendidos en el curso durante todo el ciclo

para diseñar y trazar un canal de conducción que incluya distintas
estructuras hidráulicas.
2.2 OBJETIVO ESPECIFICO
- Elaborar un perfil longitudinal adecuado para la ruta del canal.
- Realizar los cálculos necesarios para el diseño del canal propuesto a lo
largo de todo su recorrido.
- Hacer el uso del software Hec-Ras y OpenFOAM para modelar el
comportamiento del fluido del canal de un posible desborde.
- Proponer soluciones sostenibles para obras de conducción, protección y
medición tales como las compuertas, vertederos, caídas, rápidas y
sifones para el mejoramiento del rendimiento del diseño del canal
3. MARCO TEORICO
3.1- ELEMENTOS DE UN CANAL:

Un canal hidráulico se determina como una conducción abierta a la atmosfera que se
utiliza para el transporte de fluidos, en el cual es desplazado por su propio peso y la
pendiente del canal de construcción (Edibon, 2019).
Los elementos geométricos son características principales de una sección del canal
hidráulico, entre los elementos se menciona a:
- Espejo de agua o ancho de la superficie (T): Longitud del ancho de la superficie
libre del agua.
- Tirante o profundidad de flujo (v, d, h): Distancia desde el fondo de sección del
canal hasta la superficie libre.
- Área hidráulica: Superficie que ocupa el agua en la sección transversal de un
canal.
3
- Talud (z): Es definida como la proyección horizontal cuando la vertical es 1,
aplicando relaciones geométricas.
- Perímetro mojado (P): Longitud de contorno que ocupa el agua en la sección
transversal solo el que tiene contacto con las paredes del canal.
- Radio Hidráulico (RH): El coeficiente del área hidráulica sobre el perímetro
mojado
- Borde Libre (Lb): Distancia entre la superficie libre de agua hasta la parte superior
del canal.
Figura 1. Elementos de un canal.

Recuperado de: Villón, M. (2005)
3.2- TIPOS DE FLUJO:

3.2.1 Flujo uniforme y variado:
Un flujo uniforme se considera si los parámetros como el de profundidad,
velocidad, área, entre otros, no generar una variación con respecto al espacio. A
causa de ello, la pendiente de fricción, superficie libre de agua y del fondo de
canal son iguales, quiere decir que el perfil de velocidad no presenta
alteraciones. (Teràn,2015)
4
Figura 2. Flujo ideal y flujo real
Recuperado de Universidad Nacional de Ingeniería, 2010
3.2.2 Flujo permanente y no permanente:
Un flujo permanente se determina si los parámetros como el caudal, tirante u otros
no varían según el tiempo. Quiere decir que una sección del canal en cualquier
instante del intervalo del análisis que mantenga sus elementos constantes se
determina permanente.
3.2.3 Flujo Supercrítico, Subcrítico y critico:

El flujo en un canal puede definirse con la determinación del número de Froude. El
flujo se considera supercrítico solo si el número de Froude es mayor que 1, quiere
decir que sus velocidades son grandes. Por ende, si el valor de Froude es menor que
1, se considera un flujo subcrítico, esto se da cuanto se encuentran velocidades
pequeñas. Por último, si el número de Froude es igual que 1, el flujo es crítico, aquí
se determina que la energía especifica es mínima (Chow,1994)
Figura 3. Cambio de régimen

Recuperado de: Repositorio Académico UPC
5
3.3 Estructuras hidráulicas:
3.3.1 Caídas:
Se define como estructuras que pueden unir una elevación tanto superior
como inferior, permitiendo que el agua provoque un salto y llegue a un
tramo ubicado en la parte inferior. Villon, M (2005) menciona que una de
las finalidades que tienen las caídas es la de disipar la energía que se puede
formar por la diferencia de niveles. Los elementos que forman esta
estructura hidráulica son los siguientes: Transición de entrada, muro vertical,
colchón amortiguador y transición de caída.
Figura 4. Representación de una caída

Recuperado de: Chow, 1988
3.3.2 Rápidas:
Las rápidas son estructuras diseñadas para aumentar la velocidad del flujo
del agua en todo el canal. Se pueden definir como elementos hidráulicos que
cumplen la función de unir ambos tramos sobre una longitud reducida. La
diferencia que existen entre las rápidas y las caídas es que las caídas
trasladan agua en distancias mas largas y su pendiente es más suave.
6
Figura 5. Esquematización de una rápida y sus partes
3.3.3 Compuerta:
Las compuertas son de características mecánicas que cumplen la función de
regular el flujo del agua.Estas estructuras son colocadas en algunos puntos
del canal, su función es desviar el agua a canales secundarios o cerrar el
flujo por completo.
Figura 6. Esquema de la compuerta

3.3.4 Vertedero:
El vertedero es una pared o dique que posee una escotadura con una sección
regular por donde circulara un flujo de agua en una determinada altura. .el
diseño de esta se basa en el caudal máximo esperado con las condiciones
hidráulicas de dicho canal. Hay diferentes tipos de vertederos como
7
vertederos de cresta ancha, vertederos de cresta delgada o vertederos
laterales.
Figura 7. Representación de un vertedero rectangular

Recuperado de: Arizaga, 2008
4. DESCRIPCION DEL PROYECTO

4.1. UBICACIÓN Y DATOS DEL PROYECTO
La zona de estudio a trabajar es el rio Pativilca, esta se encuentra ubicada

políticamente en los departamentos de Ancash y Lima, comprendiendo las
provincias de Ocres y Bolognesi en el Departamento de Ancash, Caja tambo,
Barranca y Huaura en el Departamento de Lima.
Geográficamente sus puntos extremos se hallan comprendidos entre los 6º50` y
10º55’ de Latitud Sur y los meridianos 76º45’ y 77º50’, de longitud Oeste.
Altitudinalmente, se extiende desde el nivel del mar hasta la línea de cumbres de la
cordillera Occidental de los Andes, cuyos puntos más elevados están sobre los 4000
m.s.n.m.
8
Figura 8. Mapa de la ubicación geográfica del Rio Pativilca
Recuperado de: Minem (2003)
4.2. TRAZOS Y PERFILES PRELIMINARES
El área de estudio en la zona del rio Pativilca, fue analizada mediante el programa
Google Earth, para la ejecución de los trazos y perfiles preliminares en los tramos
del canal y en el cual se deberá proyectar estructuras hidráulicas considerando
rápidas, compuertas, sifón, caídas y vertedero.
 Primera alternativa con perfil longitudinal
9
 Segunda alternativa con perfil longitudinal
 Tercera alternativa con perfil longitudinal
10

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“TRABAJO FINAL: PROYECTO HIDRODINAMICO Y DISEÑO DE

HIDRAULICA DE CANALES - CS75

 Docente: Mitchel Jara García

 López Silva, Valeria Liseth U201623866

Lima de diciembre 2023

2.1. OBJETIVO GENERAL……………………………………….……………….

3. MARCO TEORICO……………………………………………… ………………………

3.1. ELEMENTOS DE UN CANAL……………………………….………………

3.2.1. FLUJO UNIFORME Y VARIADO………………………………….

3.3. ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

4. DESCRIPCION DEL PROYECTO………………………………………..……………….

4.1. UBICACIÓN Y DATOS DEL PROYECTO…………………….…………………

5.1. MODELACION HIDRODINAMICA (MODELO HEC- RAS 2D) ………….

5.2. DISEÑO DE CANAL DE CONDUCCION Y ESTRUCTURAS

(HEC-RAS 1D) ………………………………………………………………….

5.3. MODELAR UN VERTEDERO (MODELO OPENFOAM) ………………….

8. ANEXOS: PLANOS Y HOJAS DE CALCULO…………………………..……………….

- Aplicar los conocimientos aprendidos en el curso durante todo el ciclo

3.1- ELEMENTOS DE UN CANAL:

Figura 1. Elementos de un canal.

3.2- TIPOS DE FLUJO:

3.2.3 Flujo Supercrítico, Subcrítico y critico:

Figura 3. Cambio de régimen

Figura 4. Representación de una caída

Figura 6. Esquema de la compuerta

Figura 7. Representación de un vertedero rectangular

4. DESCRIPCION DEL PROYECTO

La zona de estudio a trabajar es el rio Pativilca, esta se encuentra ubicada

4.2. TRAZOS Y PERFILES PRELIMINARES

 Tercera alternativa con perfil longitudinal

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